François Robert

Trois grands thèmes :

• la Cosmochimie, avec la géochimie des chondrites, des planètes, des comètes,

• l’hydrosphère Précambrienne, avec la géochimie sédimentaire et depuis peu la (nano)paléontologie,

•  la théorie du Fractionnement Isotopique, avec la grande question de l’origine des anomalies isotopiques dans le système solaire.

Ces trois thèmes ont un dénominateur commun, les compositions isotopiques des noyaux stables, et trois idées directrices :

(1) les réactions chimiques qui sont à l’origine de l’eau et des molécules organiques dans la nébuleuse protosolaire, sont enregistrées dans leur structures moléculaires et leurs compositions isotopiques (HCNOS).

(2) un mécanisme de fractionnement isotopique non dépendant de la masse est à l’origine des anomalies isotopiques observées dans les minéraux réfractaires des météorites. Si ce mécanisme pouvait être identifié théoriquement et expérimentalement, il nous donnerait accès aux conditions de formation du système solaire.

(3) Les métabolismes des premiers êtres vivants sont accessibles via les fossiles chimiques contenus dans les sédiments siliceux du Précambrien.

I. Cosmochimie

L’objectif de cette discipline consiste à reconstruire l’état chimique initial des planètes et du milieu qui leur a donné naissance. Cet état initial est accessible à partir de la composition des météorites. Toutefois, les variations en concentrations et en rapports isotopiques dans ces objets reflètent toujours un mélange de deux processus : la nucléosynthèse stellaire qui dicte les abondances universelles et les fractionnements qui redistribuent les éléments et leurs isotopes au gré d’évolutions dont les conditions initiales sont mal connues.

1. Origine de l’enrichissement en deutérium dans le système solaire (1980-2000).
Mesures au laboratoire des vitesses d’échange isotopique entre H et D : conséquence théorique pour l’origine de  l’eau dans la nébuleuse proto-solaire primitive et l’origine des océans terrestres.(Robert & Epstein, 1982 ; Robert et al., 198 ;  Halbout et al, 1990 ; Morbidelli et al., 2000 ; Robert 2001).

2. Composition isotopique du lithium dans et les sols lunaires (1994-99).  
Mis en évidence de réactions de spallation dans l’atmosphère du soleil. Ces réactions sont responsables du ⁶Li que l’on détecte dans le vent solaire piégé dans les sols lunaires (Chaussidon et Robert 1995).

3. ⁷Li/⁶Li, ¹⁰B/¹¹B, ¹⁷O/¹⁶O & ¹⁸O/¹⁶O, ¹⁰Be et ⁷Be radioactif : découverte de la nucléosynthèse T-Tauri du Système Solaire (1995-2005).
La présence de deux isotopes radioactifs (_¹⁰Be et ⁷Be) - encore vivant au moment de la formation des minéraux réfractaires des météorites - résulte d’une nucléosynthèse spécifique à la formation du système solaire, dans disque circum-solaire. Les énormes variations des rapports ¹⁷O/¹⁶O & ¹⁸O/¹⁶O correspondent aussi à des produits de réactions de spallation. L’ensemble de ces travaux constitue les preuves d’une irradiation massive de la matière protoplanétaire, par le soleil jeune dans sa phase T-Tauri (Chaussidon et Robert 1995 ;  McKeegan et al., 2000 ; Chaussidon et al., 2006 ;  Aléon et al., 2005).

4. La composition isotopique de l’hydrogène à l’échelle moléculaire dans la matière organique des météorites (2003-..).  
Pour la première fois, la répartition du D/H a été déterminée à l’échelle moléculaire dans la matière organique insoluble extraite des météorites. Cette répartition est incompatible avec un héritage interstellaire. Les modèles actuels s’orientent vers une synthèse organique dans le disque circum-solaire. (Remusat et al., 2006).

II. Hydrosphère Précambrienne

Les cherts sont les plus vieux sédiments de la Terre et indiscutablement les mieux conservés. Les signatures isotopiques des bio-éléments (C, N, O) doivent permettre de remonter au métabolisme des organismes vivants au précambrien et à la composition l’atmosphère et des océans (Si-O).  Certaines de ces signatures sont une spécificité du Précambrien, sans équivalence dans l’environnement moderne; elles représentent des signatures caractéristiques de l’hydrosphère précambrienne qu’il faut interpréter.

1. Mesures des compositions isotopiques de l'azote dans les molécules organiques fossiles au précambrien (1990-99).
La composition isotopique de l’azote trace l’évolution des métabolismes primitifs. Les nitrates, absents du cycle métabolique de l'azote au précambrien ancien (à l’Archéen) seraient apparus plus tard dans les océans grâce notamment à l'accumulation de l'oxygène dans l'atmosphère. (Beaumont et Robert, 1999).

2. Mesures de la composition isotopique du silicium dans les cherts Précambriens (2000-..).
Sur la base d’une corrélation entre les compositions isotopiques de l’oxygène et du silicium, reconstitution de la température des océans précambriens (Robert et Chaussidon, 2006).

3. NanoPaléontologie Précambrienne (2005-..)
Les images ioniques NanoSims permettent d’étudier in situ la morphologie de microfossiles chimiques piégés dans les sédiments siliceux (les cherts) et d’en déterminer leur composition chimique et isotopique pour des éléments constitutifs de la matière vivante (HCNOS) (Oehler et al; 2006).

Figure : Reconstitution des températures des océans Précambriens à partir des compositions isotopique en silicium et de leur corrélation avec celles de l’oxygène.

III. Cosmochimie Expérimentale

1. Condensation Minéralogique (2000-2005).
Dans un gaz de composition solaire, nous avons reproduit des caractéristiques minéralogiques – pétrographiques - géohimiques  de minéraux extraterrestres. (Tissandier 2002 ;  Toppani et al., 2005-2006).

2. Fractionnement isotopique indépendant de la masse (2000-2005).
Approche théorique fondée sur un effet qui serait lié à une propriété de l’indistinguabilité des isotopes au cours des mécanismes de collisionnels dans un gaz – photochimie. Recherche d’une mise en évidence expérimentale de l’effet proposé  sur l’accélérateur d’Orsay (au CSNSM – lab. CNRS) (Robert & Camy-Peyret ; 2001).